Aktualizováno v pondělí 1. července v 9:25 ET.
NEW YORK - Myšlenka, že vědomí vychází z kvantových mechanických jevů v mozku, je zajímavá, ale podle vědců chybí důkazy.
Fyzik Roger Penrose z Oxfordské univerzity a anesteziolog Stuart Hameroff z University of Arizona navrhují, aby mozek působil jako kvantový počítač - výpočetní stroj, který využívá kvantové mechanické jevy (jako je schopnost částic být v dvě místa najednou) k provedení složitých výpočtů. V mozku mohou vlákna uvnitř neuronů tvořit základní jednotky kvantového výpočtu, Penrose a Hameroff vysvětlili na mezinárodním kongresu Global Future 2045, na futuristické konferenci, která se konala 15. – 16. Června.
Tato myšlenka je přitažlivá, protože neurověda zatím nemá uspokojivé vysvětlení vědomí - stav sebevědomí a smyslových zážitků a myšlenek. Mnoho vědců je však skeptických a cituje nedostatek experimentálních důkazů o této myšlence.
Model OR OR
Penrose a Hameroff rozvíjeli své nápady nezávisle, ale na začátku 90. let spolupracovali na vývoji toho, čemu říkají model Orchestrated Objective Reduction (Orch OR).
Penroseova práce spočívá na interpretaci věty o neúplnosti matematika Kurta Godela, která uvádí, že určité výsledky nelze pomocí počítačového algoritmu prokázat. Penrose argumentuje, že lidské matematiky jsou schopné prokázat takzvané "Godel-unprovable" výsledky, a proto lidské mozky nemohou být popisovány jako typické počítače. Místo toho říká, že k dosažení těchto vyšších schopností se musí mozkové procesy spoléhat na kvantovou mechaniku.
Penroseova teorie však nevysvětlila, jak k tomuto kvantovému počítání došlo ve skutečných mozcích, jen že tento jev bude zapotřebí k vyřešení určitých matematických rovnic. Hameroff četl Penroseovu práci a navrhl malé vláknité struktury, které dávají buňkám jejich strukturální podporu - známé jako mikrotubuly - by mohly být schopny provádět kvantové výpočty.
Mikrotubuly jsou tvořeny jednotkami proteinového tubulinu, který obsahuje oblasti, ve kterých se elektrony víří kolem sebe velmi blízko. Hameroff navrhl, že tyto elektrony by se mohly stát „kvantově zapletenými“, což je stav, ve kterém si dvě částice udržují spojení, a akce provedená na jednom ovlivňuje druhou, i když jsou tyto dvě vzdálenosti odděleny.
V modelu OR OR se matematické pravděpodobnosti, které popisují kvantové stavy těchto zapletených elektronů v mikrotubulích, stanou nestabilními v časoprostoru. Tyto matematické pravděpodobnosti se nazývají vlnové funkce a v tomto scénáři se zhroutí a přecházejí ze stavu pravděpodobnosti ke konkrétní skutečnosti. V tomto stavu by mikrotubuly v jednom neuronu mohly být spojeny s mikrotubuly v jiných neuronech prostřednictvím elektrických spojení známých jako mezery. Tyto křižovatky by umožnily elektronům „tunelovat“ do jiných oblastí mozku, což vedlo k vlnám nervové aktivity, které jsou vnímány jako vědomé zkušenosti.
„Penrose měla mechanismus vědomí a já jsem měl strukturu,“ řekl Hameroff LiveScience.
Problémy s modelem
Zajímavé, jak to zní, model OR OR nebyl experimentálně testován a mnoho vědců jej odmítá.
Kvantové počítače - počítače, které využívají kvantových mechanických efektů k dosažení extrémně rychlých výpočtů - byly teoretizovány, ale pouze jeden (postavený společností D-Wave) je komerčně dostupný a zda se jedná o skutečný kvantový počítač, je diskutováno. Takové počítače by byly mimořádně citlivé na poruchy systému, který vědci označují jako „šum“. Aby se minimalizoval hluk, je důležité systém izolovat a udržovat jej velmi chladný (protože teplo způsobuje, že částice zrychlují a vytvářejí hluk).
Budování kvantových počítačů je náročné i za pečlivě kontrolovaných podmínek. „Toto maľuje pustý obraz pro kvantové výpočty uvnitř mokrého a teplého mozku,“ napsal Christof Koch a Klaus Hepp z Curyšské univerzity ve Švýcarsku v eseji zveřejněné v roce 2006 v časopise Nature.
Další problém s modelem má co do činění s časovými osami zapojenými do kvantového výpočtu. Fyzik MIT Max Tegmark provedl výpočty kvantových efektů v mozku a zjistil, že kvantové stavy v mozku trvají příliš krátkou dobu, aby vedly ke smysluplnému zpracování mozku. Tegmark nazval model OR OR nejasný, protože jediná čísla, která viděl pro konkrétnější modely, jsou daleko.
"Zdá se, že mnoho lidí má pocit, že vědomí je záhadou, a kvantová mechanika je záhadou, takže musí být ve vzájemném vztahu," řekl Tegmark LiveScience.
Model OR OR přitahuje kritiku také od neurovědců. Model má za to, že kvantové fluktuace uvnitř mikrotubulů vytvářejí vědomí. Mikrotubuly se však vyskytují také v rostlinných buňkách, uvedl teoretický neurovědec Bernard Baars, generální ředitel neziskové organizace pro vědu mozku v Falls Church, VA.
Tyto kritiky v zásadě nevylučují kvantové vědomí, ale bez experimentálních důkazů zůstává mnoho vědců nepřesvědčeno.
"Pokud někdo přijde s jediným experimentem," aby demonstroval kvantové vědomí, Baars řekl: "Odhodím veškerý skepticismus."
Poznámka editora: Tento článek byl aktualizován 27. června 2013 s cílem změnit prohlášení, že „žádné kvantové počítače… nebyly realizovány.“ Společnost D-Wave tvrdí, že si ji vytvořila, i když někteří se ptali, zda skutečně funguje jako kvantový počítač.
Dodatek: (1. července 2013)
V reakci na kritiku modelu Orch OR uvedeného v tomto článku nabízí Stuart Hameroff několik důkazů. V odpovědi na námitku, že mozek je příliš horký na kvantové výpočty, cituje Hameroff studii z roku 2013 vedenou Anirbanem Bandyopadhyayem v Národním ústavu materiálových věd (NIMS) v japonském Tsukubě, který zjistil, že „mikrotubuly se stávají v podstatě kvantově vodivými, když jsou stimulovány při specifických rezonančních frekvencích, “řekl Hameroff.
V odpovědi na kritiku, že mikrotubuly se nacházejí také v (nevědomých) rostlinných buňkách, Hameroff uvedl, že rostliny mají jen malý počet mikrotubulů, pravděpodobně příliš málo, aby dosáhly prahu potřebného pro vědomí. Poznamenal však také, že Gregory Engel z University of Chicago a jeho kolegové pozorovali kvantové účinky při fotosyntéze rostlin. "Pokud rajče nebo rutabaga mohou využít kvantovou koherenci při teplé teplotě, proč nemohou naše mozky?" Řekl Hameroff.
V reakci na obecné námitky proti nedostatku důkazů pro jeho teorii Hameroff citoval studii vedenou Rodem Eckenhoffem z roku 2013 na University of Pennsylvania, která naznačuje, že anestetika - která zastavují pouze vědomou mozkovou aktivitu - působí prostřednictvím mikrotubulů.
Tyto studie poskytují určitou podporu modelu Orch OR. Ale stejně jako u všech vědeckých hypotéz musí model shromažďovat významné důkazy, aby si získal vědeckou obec mezi širokou veřejností.
